不同运动状态下鳙幼鱼的游泳特性研究

为了探究鱼类反复运动疲劳后游泳能力和游泳行为的变化,以鳙(Aristichthys nobilis)幼鱼为研究对象,利用环形水槽实验装置,采用流速递增法,通过LoliTrack视频软件分析鱼类游泳行为,研究不同运动状态下鳙幼鱼的游泳特性变化情况。结果表明,鳙幼鱼疲劳前耗氧率随游泳速度的增大显著增加,且临界游泳速度恢复过程中最大耗氧率小于突进游泳速度恢复过程中最大耗氧率。视频分析显示,摆尾频率与游泳速度呈线性正相关关系。同时发现,在2组反复疲劳运动状态下,连续进行2次临界游泳速度测定过程中,鳙幼鱼频繁使用爆发-滑行游泳行为,而在经过突进游泳速度测试后转入临界游泳速度测定过程中,实验鱼并未使用这一游泳行为。经过一次临界游泳速度测试后,第二次临界游泳速度显著大于突进游泳速度测试后的临界游泳速度(P0.05),第一次突进游泳速度与第二次突进游泳速度无显著差异(P0.05)。无氧运动消耗导致鳙幼鱼有氧运动能力显著下降,而有氧运动消耗过程对无氧运动能力无显著影响。     

温度对白鲢幼鱼游泳能力及代谢影响的研究

以鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼(体长10.9～11.8cm,体重16.0～19.0g)为对象,研究了在不同温度(15、18、21、25℃)条件下的游泳能力及耗氧率。结果表明:(1)鲢幼鱼的相对临界游泳速度分别为:(5.30±0.32)、(5.87±0.25)、(6.17±0.16)、(6.85±0.16)BL/s,临界游泳速度随温度升高呈线性增加,拟合方程:Ucrit=3.073+0.150T(R2=0.983,P<0.005)。(2)在同一温度下耗氧率随流速的增加而增加,在同一流速下耗氧率随温度的增加而增加;使用power方程拟合耗氧率与流速关系,4种温度下的速度指数分别为1.41、1.31、1.60、1.80,随着温度的升高而增大。研究结果为水温变化对鱼类影响以及鱼道流速设计提供了鲢幼鱼游泳能力参数。     

不同温度下重复疲劳运动对鲢幼鱼游泳能力及代谢率的影响

在自行设计的鱼类游泳能力测定装置中,采用流速递增法,测定了不同温度(10、15、20、25℃)条件下鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼2次疲劳运动过程中临界游泳速度和耗氧率的变化,探究重复疲劳运动对鲢幼鱼游泳能力和活动代谢率的影响。结果表明,在10~25℃温度范围内,鲢幼鱼临界游泳速度随温度升高而呈线性增加(U_(crit,1)=3.52+0.14T,R~2=0.98,P0.05;U_(crit,2)=3.33+0.09T,R~2=0.97,P0.05),重复运动后的临界游泳速度明显小于第1次。运动最大耗氧量(MMR)和标准代谢率(SMR)均随温度升高而增加,且第1次测试的耗氧率显著高于第2次;运动后过量耗氧率(Excess post-exercise oxygen consumption,EPOC)随着温度升高而增加,与温度相关性显著(P=0.024);第2次测试疲劳后EPOC较第1次低,疲劳运动对EPOC影响不显著(P=0.36);表明适宜温度范围内,温度对游泳能力和活动代谢具有促进作用,疲劳运动对鱼类游泳能力和活动代谢不利,有一定的抑制作用。     

障碍物对鲢幼鱼游泳动力学的影响

为了解鱼在复杂水流环境中的运动行为,提升鱼道过鱼效果,实验通过在水槽中放置障碍物,分析不同来流速度(1,3和5 BL/s)(BL/s即体长每秒)下鲢幼鱼顶流静止和顶流前进时的游泳动力学表现,提取的游泳动力学指标有摆尾频率、摆尾幅度、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长。结果发现,半流速度1 BL/s下,与自由来流相比,鲢幼鱼在障碍物后方顶流静止时,摆尾频率降低,摆尾幅度增加;顶流前进时,摆尾频率、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长降低,摆尾幅度增加。半流速度3 BL/s下,障碍物有助于节省鱼类运动能量的消耗。在有障碍物的水流中,顶流静止时的摆尾频率随流速的增加而增加;顶流前进时,摆尾频率、摆尾幅度和游泳加速度随流速增大而增大,而运动步长随流速增大而减小。位置偏好研究表明,当流速为3 BL/s时,鲢幼鱼明显集中在距离障碍物后方约5～30 cm处游动,停留时间占比达92.5%,可能采用了卡门步态的运动模式;当流速为1和5 BL/s时,鲢幼鱼没有表现出非常明显的位置偏好;在自由来流中,鲢常贴壁游泳,亦没有明显的位置偏好,表明障碍物和流速的结合可为鱼类提供水流藏匿场,研究结果为鱼道设计提供重要参考依据。     

镉暴露对鲢幼鱼游泳行为影响的研究

为了探讨水体镉(Cd)污染对鱼类的生态毒理效应,在实验室条件下,测定了不同浓度Cd(0、0.36、0.73、1.09和1.46 mg/L)暴露对鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼半致死浓度、组织(肝、鳃、肌肉)Cd累积量、相对临界游泳速度(Ucrit)、以及耗氧率(MO_2)的影响。结果显示:Cd暴露导致重金属在幼鱼组织中累积,与对照组比较,Cd在鳃和肌肉中累积量差异不显著;肝脏中累积量差异显著,暴露浓度为0.73 mg/L时肝脏中镉累积量最高。鲢幼鱼相对临界游泳速度随着Cd暴露增加显著降低,浓度为1.46 mg/L时Ucrit为对照组的69.75%。临界游泳速度与鳃和肌肉组织中镉累积量呈显著负相关,相关系数分别为-0.96(P=0.01)和-0.90(P=0.04)。Cd暴露导致鲢幼鱼耗氧代谢范围增加,暴露浓度为0.73 mg/L时耗氧代谢范围较对照组增加了19.32%。低浓度Cd暴露导致鳃和肌肉损伤,并引起鲢幼鱼游泳过程中耗氧代谢效率降低,有氧运动能力和游泳能力下降。     

鲢幼鱼运动能量代谢研究

可靠的能量消耗估算可以更好地衡量鱼体在上溯过程中的能量分配方式,为鱼道水力设计提供依据,实现鱼道过鱼的高通过率。为探究鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼运动过程中游泳行为和能量消耗的关系,利用丹麦Loligo Systems公司生产的鱼类行为视频跟踪系统,对24尾鲢幼鱼进行了室内游泳行为实验。采用流速递增法测得鲢幼鱼的活动代谢率,水体溶氧量由每个流速工况下等时距读取,静水条件下通过AutoRespTM测定水体溶氧变化值,计算标准代谢率;利用水槽上方架设的摄像头(25帧/s)记录鱼体运动行为,连接uEye Cockpit程序观测鱼体运动情况,采用LoliTrack进行运动行为分析,获取鱼体运动行为学参数。结果表明,鲢幼鱼的游泳速度与摆尾频率(TBF)呈显著正相关关系,其耗氧率(MO2)与摆尾频率(TBF)的拟合方程为MO2=318.3+1.04TBF2.87(R2=0.99,P0.001),拟合指数值为2.87,且摆尾频率的幂指数越大,表征鱼体游泳效率越低。实验测得鲢幼鱼的标准代谢率(SMR)为(284.47±30.75)mg/(kg·h),耗氧率方程得到的标准代谢率拟合值为318.3mg/(kg·h),与实测值较为接近;通过建立活动代谢率(AMR)与鱼体重量(M)及游速(U)的关系,得出鲢幼鱼生物能量模型AMR=10.39 M0.12 U0.39(R2=0.95,P0.001)。生物能量模型的建立,可以为鱼道不同过鱼目标的水力设计提供参考。     

圆口铜鱼幼鱼可持续游泳能力及活动代谢研究

以圆口铜鱼(Coreius guichenoti)幼鱼为研究对象,通过自制的鱼类游泳实验装置,测定了4个温度(10,15,20和25℃)下圆口铜鱼幼鱼游泳速度达到临界游速过程中及运动疲劳后耗氧率的变化情况;在自然水温条件下,测定了5个不同流速下的可持续游泳时间,并通过摄像记录分析了不同游泳速度下的游泳行为。结果显示:圆口铜鱼幼鱼在运动疲劳前耗氧率随流速的增加显著上升(P0.05),在临界游速时达到峰值;运动疲劳后耗氧率逐渐下降,40~50 min内耗氧率恢复至低流速时的水平。自然水温(18.0±1.5)℃条件下幼鱼的可持续游泳时间随流速增加逐渐减小(P0.01),在1.31倍临界游速的固定流速下,平均可持续游泳时间达29 min,体现了较强的游泳耐力及无氧代谢能力。录像分析表明,摆尾频率(TBF)与游速的关系呈线性正相关(P0.001),且随着温度升高,TBF随流速增加的趋势越明显。     

圆柱干扰对杂交鲟幼鱼游泳能力及代谢行为影响研究

为了研究流场扰动对鱼类游泳行为和代谢的影响,本研究测定了单、双圆柱(平行)扰动条件下杂交鲟(Acipenser schrenckii♀×A.baeri♂)幼鱼的临界游泳速度和耗氧率。结果显示:与对照组比较,单、双圆柱扰动条件下,杂交鲟幼鱼U_(crit)比对照组分别增加了1.71%和40.41%。游泳过程中,耗氧率和速度呈线性关系,单、双圆柱扰动条件下,速度系数b值显著小于对照组,上溯运动中能量利用效率较高。圆柱设置形成的流场环境有利于提高杂交鲟幼鱼游泳能力和游泳效率。湍动能为1.960×10~(-4)～46.92×10~(-4) m~2/s~2时,杂交鲟幼鱼游泳效率较高,上溯所需的能耗减少。     

沅水三种常见鱼类趋流行为研究：水电梯级开发的指示意义

为探索水电梯级开发下鱼类的趋流行为，采用自制鱼类游泳能力及代谢测定装置，研究了3种沅水常见鱼类(鲫、大眼鳜和黄颡鱼幼鱼)的趋流游泳能力及代谢特征。结果显示，鲫、大眼鳜和黄颡鱼的相对感应流速分别为(0.79±0.14)、(1.16±0.07)和(0.75±0.09) BL/s，相对偏好游速分别为(2.31±0.11)、(1.86±0.04)和(1.60±0.03) BL/s，相对临界游速分别为(3.43±0.37)、(2.58±0.32)和(2.68±0.13) BL/s。同样条件下黄颡鱼偏好游速、临界游速、呼吸频率和耗氧率均显著低于鲫和大眼鳜。3种鱼呼吸频率、摆尾频率和耗氧率均随流速增加而增加，呈先升高后降低的趋势。在3.0 BL/s流速下，3种鱼呼吸频率均出现峰值。在2.0 BL/s流速下，鲫和大眼鳜摆尾频率和耗氧率出现峰值，而黄颡鱼则在1.5 BL/s流速下出现。随着流速的增加，鲫趋流率从静水组的64.1%增加至4.0 BL/s的100.0%，大眼鳜和黄颡鱼分别从静水组的60.2%和58.9%增加至2.0~3.0 BL/s的100.0%。水流流速显著影响3种鱼的游泳状态。鲫在静水条件下以逆流前进和顺流而下为主。大眼鳜静水和大多数流水条件下以逆流静止状态为主。黄颡鱼在静水组和较低流速组(<1.0 BL/s)长时间保持逆流静止状态，随着流速的增大，逆流静止比例迅速减少，逆流后退时间比例不断增加。研究表明，沅水3种常见鱼类趋流行为的差异性与其生活习性、形态特征、食性和捕食方式以及生活水环境等密切相关。了解3种鱼类趋流行为参数与流速环境条件的对应关系，有助于建立鱼类游泳生物学仿真数据模型，为梯级开发背景下鱼类的运动生理生态适应机制及运动方式的演化研究提供参考。     

短须裂腹鱼有氧游泳能力及其行为的实验研究

研究短须裂腹鱼的游泳能力、运动生理及游泳行为,为过鱼设施的设计提供参考依据。实验用15尾短须裂腹鱼于2013年7月中旬采自金沙江上游玛曲河河口处,体长(23.83±2.47)cm,体重(224.95±76.83)g。游泳能力测试装置采用丹麦Loligo Systems公司生产的大型游泳水槽。(1)短须裂腹鱼临界游泳速度为(75.04±7.6)cm/s、(3.17±0.42)BL/s;(2)运动耗氧率与游泳速度呈幂函数关系:MO2=100.00+42.61U1.81(R2=0.995,P0.001);单位距离耗氧率(COT)与游泳速度的关系也呈幂函数关系:COT=0.12U-1+0.04U1.02(R2=0.898,P0.001),最适游速Uopt=1.81 BL/s,COTmin=0.14 mg/(kg·m);(3)随着游泳速度的增加,尾摆幅度的变化不显著(P0.05),变化范围为0.17~0.26 BL、平均(0.21±0.02)BL,而尾摆频率和运动步长都呈线性增加的趋势。     

温度和重复运动对中华鲟游泳行为的影响

研究温度和重复疲劳运动对中华鲟游泳行为和能量代谢的影响,为中华鲟养殖环境水质量监测管理、物种保护和鱼道的设计等提供参考。在密封鱼类游泳装置中,利用速度递增法测定了不同温度(10、15、20和25℃)、流速条件下中华鲟(Acipenser sinensis)幼鱼(体长8.50~11.00 cm,体重5.10~8.80 g)的摆尾频率(TBF)、呼吸频率(RR),并同时测定了游泳过程中的耗氧率(M_(O_2))。结果表明:随着摆尾频率或呼吸频率的增加,中华鲟幼鱼的耗氧率增加,耗氧率与摆尾频率或呼吸频率呈指数相关(M_(O_2)=a×TBF~b;M_(O_2)=A×RR~B);随着温度增加,b值先减小后增加,15℃和20℃时b值较小;疲劳恢复后,第2次测试b值大于第1次;随着温度的增加,B值逐渐增加;疲劳恢复后,第2次测试B值小于第1次。游泳过程能量消耗随着温度的升高先降低后升高,15~20℃能量消耗较小。疲劳恢复后,第2次测试能量消耗大于第1次,游泳效率降低,特别是在10℃和25℃,15~20℃变化不明显。温度和重复游泳对中华鲟幼鱼游泳行为影响显著,温度不适宜和重复疲劳运动会产生叠加效应,导致游泳效率显著降低。     

流速对鲫游泳行为和能量消耗影响的研究

通过自制的鱼类游泳试验装置,研究了流速对鲫（Carassius auratus）游泳行为和能量消耗的影响。结果表明,鲫的摆尾频率、摆尾幅度随游泳速度变化有明显的规律。随着游泳速度的增加,鲫的摆尾频率与幅度都相应地增加。流速小于3倍体长/s与大于3倍体长/s,摆尾频率差异性显著（P〈0.05）,而摆尾幅度差异性不明显。鲫单位时间耗氧率随着流速的增加而显著增加,并且随着速度的增加,鲫用于游泳所消耗的能量占总能量消耗逐渐趋于稳定,运动净耗氧率最大为90%。水温（16±1）℃时,体长12～20cm鲫的相对极限流速为其（3.85±1.10）倍体长/s,绝对极限流速为（0.66±0.10）m/s;相同流速的温度环境中,随着体重的增加,耗氧量呈增加趋势。在相同的流速下,水温（10±1）℃时的游泳耗氧量小于（16±1）℃,而净耗氧率较大;温度（16±1）℃时,2.5倍体长/s的游泳速度有利于鲫生长代谢的能量积累。     

逆流运动对多鳞四须鲃幼鱼活动代谢及体内盐酸诺氟沙星残留的影响

以多鳞四须鲃(Barbodes schwanenfeldi)幼鱼(体质量90.3 g±10.1 g)为研究对象,设置0 BL/s和2.0 BL/s两种流速条件,使用自制的活动代谢和游泳行为同步测定装置测定不同时段幼鱼的摆尾频率和耗氧率。在此基础上,按鱼体质量以每天50 mg/kg口服盐酸诺氟沙星的剂量连续7 d投喂药饵,研究了两种流速对停药后多鳞四须鲃肌肉组织盐酸诺氟沙星残留的影响。结果表明,实验期间无论哪个时段,2.0 BL/s流速下多鳞四须鲃摆尾频率和耗氧率均显著大于静水组(P0.05);同一流速下多鳞四须鲃摆尾频率和耗氧率随养殖时间的延长有逐渐降低趋势。与静水对照组相比,停药后各时间点(1 d、2 d、4 d)2.0 BL/s流速组鱼肌肉盐酸诺氟沙星含量均显著减少(P0.05),在停药第6 d已低于检出限,而静水对照组则在停药12 d才低于检出限。研究结果说明适当的水流刺激可以诱导鱼类进行逆流运动,促进鱼体代谢和加速药物残留的排除。     

鲢幼鱼非疲劳贴网及姿态转换行为研究

流速是影响鱼类生存与繁衍栖息的重要因子。为了了解鱼类在中等流速区的游泳行为,探究其对水流的适应特征,利用鱼类游泳能力测定装置,以鲢(Hypophthalmichthys molitrix)幼鱼[体重(9.82±3.81) g,体长(8.56±1.11) cm)]为对象,采用递增流速法,分析了游泳过程中的非疲劳贴网行为与姿态转换行为。结果表明,在22℃水温条件下,鲢幼鱼平均相对临界游泳速度(critical swimming speed,U_(crit))相比其体长(body length,BL)为(6.00±0.93)BL/s;其非疲劳贴网速度(no-fatigue impingement speed,U_(imp))与临界游泳速度呈线性正相关,U_(crit)=1.03 U_(imp)+1.26 (R~2=0.86,P0.01);姿态转换速度(gait transition speed,U_(tran))与临界游泳速度呈线性正相关,U_(tran)=0.59 U_(crit)+1.55 (R~2=0.43,P0.01);非疲劳贴网速度与姿态转换速度呈线性正相关,U_(tran)=0.51U_(imp)+2.72 (R~2=0.41,P0.001)。在中等流速范围内(2～4 BL/s),实验鱼摆尾频率(tail beat frequency, TBF)和单次摆尾周期前进距离(stride length, SL)均随流速增加而增大。首次出现非疲劳贴网的流速为4.62 BL/s,流速增至5.08 BL/s时出现姿态转换行为。发生姿态转换后,TBF开始下降,而SL随流速增加快速增大。研究显示,鲢幼鱼非疲劳贴网行为对游泳能力和姿态转换速度有显著影响,且非疲劳贴网行为与姿态转换行为之间也存在相互影响。研究结果可为自然环境中鱼类生态行为研究、鱼类资源保护及渔业管理提供参考。     

Metabolic scope, swimming performance and the effects of hypoxia in the mulloway, Argyrosomus japonicus (Pisces: Sciaenidae)

The culture of the mulloway (Argyrosomus japonicus), like many other Sciaenidae fishes, is rapidly growing. However there is no information on their metabolic physiology. In this study, the effects of various hypoxia levels on the swimming performance and metabolic scope of juvenile mulloway (0.34 ± 0.01 kg, mean ± SE, n = 30) was investigated (water temperature = 22 °C). In normoxic conditions (dissolved oxygen = 6.85 mg l^− 1), mulloway oxygen consumption rate (M·o₂) increased exponentially with swimming speed to a maximum velocity (U_crit) of 1.7 ± < 0.1 body lengths s^− 1 (BL s^− 1) (n = 6). Mulloway standard metabolic rate (SMR) was typical for non-tuna fishes (73 ± 8 mg kg^− 1 h^− 1) and they had a moderate scope for aerobic metabolism (5 times the SMR). Mulloway minimum gross cost of transport (GCOT_min, 0.14 ± 0.01 mg kg^− 1 m^− 1) and optimum swimming velocity (U_opt, 1.3 ± 0.2 BL s^− 1) were comparable to many other body and caudal fin swimming fish species. Energy expenditure was minimum when swimming between 0.3 and 0.5 BL s^− 1. The critical dissolved oxygen level was 1.80 mg l^− 1 for mulloway swimming at 0.9 BL s^− 1. This reveals that mulloway are well adapted to hypoxia, which is probably adaptive from their natural early life history within estuaries. In all levels of hypoxia (75% saturation = 5.23, 50% = 3.64, and 25% = 1 .86 mg l^− 1), M·o₂ increased linearly with swimming speed and active metabolic rate (AMR) was reduced (218 ± 17, 202 ± 14 and 175 ± 10 mg kg^− 1 h^− 1 for 75%, 50% and 25% saturation respectively). However, U_crit was only reduced at 50% and 25% saturation (1.4 ± < 0.1 and 1.4 ± < 0.1 BL s^− 1 respectively). This demonstrates that although the metabolic capacity of mulloway is reduced in mild hypoxia (75% saturation) they are able to compensate to maintain swimming performance. GCOT_min (0.09 ± 0.01 mg kg^− 1 m^− 1) and U_opt (0.8 ± 0.1 BL s^− 1) were significantly reduced at 25% dissolved oxygen saturation. As mulloway metabolic scope was significantly reduced at all hypoxia levels, it suggests that even mild hypoxia may reduce growth productivity.     

The effects of swimming exercise and dissolved oxygen on growth performance,fin condition and precocious maturation of early‐rearing Atlantic salmon Salmo salar

Swimming exercise, typically measured in body‐lengths per second (BL/s), and dissolved oxygen (DO), are important environmental variables in fish culture. While there is an obvious physiological association between these two parameters, their interaction has not been adequately studied in Atlantic salmon Salmo salar. Because exercise and DO are variables that can be easily manipulated in modern aquaculture systems, we sought to assess the impact of these parameters, alone and in combination, on the performance, health and welfare of juvenile Atlantic salmon. In our study, Atlantic salmon fry were stocked into 12 circular 0.5 m³ tanks in a flow‐through system and exposed to either high (1.5–2 BL/s) or low (<0.5 BL/s) swimming speeding and high (100% saturation) or low (70% saturation) DO while being raised from 10 g to approximately 350 g in weight. Throughout the study period, we assessed the impacts of exercise and DO concentration on growth, feed conversion, survival and fin condition. By study's end, both increased swimming speed and higher DO were independently associated with a statistically significant increase in growth performance (p < .05); however, no significant differences were noted in survival and feed conversion. Caudal fin damage was associated with low DO, while right pectoral fin damage was associated with higher swimming speed. Finally, precocious male sexual maturation was associated with low swimming speed. These results suggest that providing exercise and dissolved oxygen at saturation during Atlantic salmon early rearing can result in improved growth performance and a lower incidence of precocious parr.